共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）追・再試験
問107 (化学（第3問） 問3)
問題文
必要があれば、原子量は次の値を使うこと。
H 1.0 C 12 N 14 O 16
Na 23 Al 27 S 32 Cl 35.5
Co 59 Cu 64 Ba 137
気体は、実在気体とことわりがない限り、理想気体として扱うものとする。
コバルト（Ⅲ）イオンCo3＋は配位数6の錯イオンをつくり、塩化物イオンCl－、アンモニアNH3，水H2Oはいずれも配位子としてCo3＋に配位結合することができる。ある錯塩Aは、Co3＋にこれらの配位子が配位結合した錯イオンの塩（えん）であるが、何がいくつ配位しているのかは不明である。そこで、A中の一つのCo3＋に対していくつのNH3が配位しているのかを調べるために、次の実験Ⅰ・Ⅱを行った。
実験Ⅰ
Aを3.01gはかり取り、過剰量のシュウ酸に加え、110℃で加熱して融解させた後、大気中、650℃で十分に加熱した。
結果Ⅰ
0.964gの四酸化三コバルトCo3O4（式量241）が得られた。
実験Ⅱ
結果Ⅰに基づき、Co3＋を0.0100mol含むAをはかり取り、丸底フラスコに入れ、図1に示すように、A中からNH3を完全に発生させるために十分な体積の6mol／L水酸化カリウムKOH水溶液を加えて煮沸した。このとき、発生した水蒸気とともにNH3を1.00mol／Lの希硫酸35.0mLにすべて吸収させた。NH3を吸収した希硫酸に適切な指示薬Bを加え、1.00mol／Lの水酸化ナトリウムNaOH水溶液を使って滴定した。
結果Ⅱ
指示薬Bの変色には20.00mLのNaOH水溶液が必要であった。
結果Ⅰより求められる、A中のコバルトCoの含有率（質量パーセント）は何％か。最も適当な数値を、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、3.01gのA中のCoはすべてCo3O4に変化したものとする。
H 1.0 C 12 N 14 O 16
Na 23 Al 27 S 32 Cl 35.5
Co 59 Cu 64 Ba 137
気体は、実在気体とことわりがない限り、理想気体として扱うものとする。
コバルト（Ⅲ）イオンCo3＋は配位数6の錯イオンをつくり、塩化物イオンCl－、アンモニアNH3，水H2Oはいずれも配位子としてCo3＋に配位結合することができる。ある錯塩Aは、Co3＋にこれらの配位子が配位結合した錯イオンの塩（えん）であるが、何がいくつ配位しているのかは不明である。そこで、A中の一つのCo3＋に対していくつのNH3が配位しているのかを調べるために、次の実験Ⅰ・Ⅱを行った。
実験Ⅰ
Aを3.01gはかり取り、過剰量のシュウ酸に加え、110℃で加熱して融解させた後、大気中、650℃で十分に加熱した。
結果Ⅰ
0.964gの四酸化三コバルトCo3O4（式量241）が得られた。
実験Ⅱ
結果Ⅰに基づき、Co3＋を0.0100mol含むAをはかり取り、丸底フラスコに入れ、図1に示すように、A中からNH3を完全に発生させるために十分な体積の6mol／L水酸化カリウムKOH水溶液を加えて煮沸した。このとき、発生した水蒸気とともにNH3を1.00mol／Lの希硫酸35.0mLにすべて吸収させた。NH3を吸収した希硫酸に適切な指示薬Bを加え、1.00mol／Lの水酸化ナトリウムNaOH水溶液を使って滴定した。
結果Ⅱ
指示薬Bの変色には20.00mLのNaOH水溶液が必要であった。
結果Ⅰより求められる、A中のコバルトCoの含有率（質量パーセント）は何％か。最も適当な数値を、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、3.01gのA中のCoはすべてCo3O4に変化したものとする。
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問題
共通テスト（理科）試験 令和6年度（2024年度）追・再試験 問107（化学（第3問） 問3） （訂正依頼・報告はこちら）
必要があれば、原子量は次の値を使うこと。
H 1.0 C 12 N 14 O 16
Na 23 Al 27 S 32 Cl 35.5
Co 59 Cu 64 Ba 137
気体は、実在気体とことわりがない限り、理想気体として扱うものとする。
コバルト（Ⅲ）イオンCo3＋は配位数6の錯イオンをつくり、塩化物イオンCl－、アンモニアNH3，水H2Oはいずれも配位子としてCo3＋に配位結合することができる。ある錯塩Aは、Co3＋にこれらの配位子が配位結合した錯イオンの塩（えん）であるが、何がいくつ配位しているのかは不明である。そこで、A中の一つのCo3＋に対していくつのNH3が配位しているのかを調べるために、次の実験Ⅰ・Ⅱを行った。
実験Ⅰ
Aを3.01gはかり取り、過剰量のシュウ酸に加え、110℃で加熱して融解させた後、大気中、650℃で十分に加熱した。
結果Ⅰ
0.964gの四酸化三コバルトCo3O4（式量241）が得られた。
実験Ⅱ
結果Ⅰに基づき、Co3＋を0.0100mol含むAをはかり取り、丸底フラスコに入れ、図1に示すように、A中からNH3を完全に発生させるために十分な体積の6mol／L水酸化カリウムKOH水溶液を加えて煮沸した。このとき、発生した水蒸気とともにNH3を1.00mol／Lの希硫酸35.0mLにすべて吸収させた。NH3を吸収した希硫酸に適切な指示薬Bを加え、1.00mol／Lの水酸化ナトリウムNaOH水溶液を使って滴定した。
結果Ⅱ
指示薬Bの変色には20.00mLのNaOH水溶液が必要であった。
結果Ⅰより求められる、A中のコバルトCoの含有率（質量パーセント）は何％か。最も適当な数値を、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、3.01gのA中のCoはすべてCo3O4に変化したものとする。
H 1.0 C 12 N 14 O 16
Na 23 Al 27 S 32 Cl 35.5
Co 59 Cu 64 Ba 137
気体は、実在気体とことわりがない限り、理想気体として扱うものとする。
コバルト（Ⅲ）イオンCo3＋は配位数6の錯イオンをつくり、塩化物イオンCl－、アンモニアNH3，水H2Oはいずれも配位子としてCo3＋に配位結合することができる。ある錯塩Aは、Co3＋にこれらの配位子が配位結合した錯イオンの塩（えん）であるが、何がいくつ配位しているのかは不明である。そこで、A中の一つのCo3＋に対していくつのNH3が配位しているのかを調べるために、次の実験Ⅰ・Ⅱを行った。
実験Ⅰ
Aを3.01gはかり取り、過剰量のシュウ酸に加え、110℃で加熱して融解させた後、大気中、650℃で十分に加熱した。
結果Ⅰ
0.964gの四酸化三コバルトCo3O4（式量241）が得られた。
実験Ⅱ
結果Ⅰに基づき、Co3＋を0.0100mol含むAをはかり取り、丸底フラスコに入れ、図1に示すように、A中からNH3を完全に発生させるために十分な体積の6mol／L水酸化カリウムKOH水溶液を加えて煮沸した。このとき、発生した水蒸気とともにNH3を1.00mol／Lの希硫酸35.0mLにすべて吸収させた。NH3を吸収した希硫酸に適切な指示薬Bを加え、1.00mol／Lの水酸化ナトリウムNaOH水溶液を使って滴定した。
結果Ⅱ
指示薬Bの変色には20.00mLのNaOH水溶液が必要であった。
結果Ⅰより求められる、A中のコバルトCoの含有率（質量パーセント）は何％か。最も適当な数値を、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、3.01gのA中のCoはすべてCo3O4に変化したものとする。
- 7.84
- 15.7
- 23.5
- 31.4
- 32.0
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この過去問の解説 （2件）
01
正答は「23.5」となります。
計算に移る前に、まずは実験Ⅰで行っている内容を整理しましょう。
実験Ⅰでは、まずコバルト（Ⅲ）イオンCo3＋を含むAの溶液に過剰量のシュウ酸を加えて、シュウ酸コバルト（II）二水和物（CoC2O4⋅ 2H2O）の沈殿を作っています。
シュウ酸コバルト（II）二水和物（CoC2O4⋅ 2H2O）は難溶性のため、溶液からコバルトを取り出すために、まずはコバルト（Ⅲ）イオンCo3＋からシュウ酸コバルト（II）二水和物（CoC2O4⋅ 2H2O）にする必要があるのです。
それからシュウ酸コバルト（II）二水和物（CoC2O4⋅ 2H2O）を高温で熱することで、シュウ酸コバルト（II）二水和物を酸化コバルト（コバルト酸化物）にしています。
その結果、コバルト（Ⅲ）イオンCo3＋はすべて四酸化三コバルトCo3O4（式量241）が0.964g得られた、とあります。
つまり実験Ⅰでは、コバルトイオンを溶液Aからすべて取り出し、四酸化三コバルトCo3O4にするまでの過程を描いていることになります。
問題の注意書きの「A中のコバルト（Ⅲ）イオンCo3＋がすべて四酸化三コバルトCo3O4として出てきた」との記述にも留意して、結果Ⅰも含めると、実験Ⅰと結果Ⅰで言いたいことは、
「Aに含まれているコバルトCoは式量241の四酸化三コバルトCo3O4が0.964gだけのモル数です」
となります。
あとは含有率の計算です。
四酸化三コバルトCo3O4は、
0.964/241（mol）
です。
また、四酸化三コバルトCo3O4中にコバルトは3つあることから、コバルトの物質量は下記となります。
0.964/241×3（mol）
コバルトCoの原子量は59のため、0.964/241×3mol分の重さは下記となります。
59×0.964/241×3（g）
溶液Aは最初3.01gのため、A中のコバルトの含有率は以下のようになります。
59×0.964/241×3÷3.01×100≒23.5（%）
この選択肢が適当となります。
ややこしい操作で驚きますが、実験Ⅰ自体は、コバルト単体を精製するときの基本操作です。
操作の手順の多さに惑わされずにいれば、中身は小学生で習う溶液の濃度計算などと大差ありません。
手順で惑わされないためにも、
・初期状態→シュウ酸コバルト→…→最終状態と、逐一図を描く
・金属の精製方法を知っておく
などが対策として挙げられます。
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02
結果Ⅰより、錯塩A中のコバルトCo3.01gすべてが四酸化三コバルトCo3O4（式量241）0.964gに変化したことが分かるので、3.01gのAに含まれるCo（原子量59）の物質量は
0.964g／241g/mol✕3＝0.012mol
よって、その質量は
59g/mol✕0.012mol＝0.708g
したがって求める含有率は
0.708g／3.01g✕100≒23.5（%）
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